Utvikling av antenne for satellitter i Ka-båndet

Abstract

Hovedformålet med arbeidet i denne oppgaven har vært å ta utgangspunkt i en eksisterende versjonav antennekonstruksjonen og videreutvikle denne etter kundens ønsker. Kunde og kontaktperson iindustrien har gjennom arbeidet med denne oppgaven vært Dag Kjetil Sjaaeng fra KongsbergSpacetec i Tromsø.

I samarbeid med kunden ble to komponenter valgt for konseptevaluering; pedestal og diskadapter,da disse har forbedringspotensialet i eksisterende løsning. Etter en konseptgenerering ble lovendekonsepter evaluert - utvalgte konsepter ble så modellert i NX7 og simulert/testet i Fedem.

For pedestalen er det ønskelig at monteringsprosessen blir forenklet. Dette betyr da at støttene sombenyttes forandres, eventuelt kan støttene fjernes helt. Pedestalen ble derfor testet med og utenstøtter og videre ble en ny versjon av pedestalen utviklet som kan fjerne behovet for støttene.

Det er behov for et nytt konsept for diskadapteret som bygger mindre og samtidig er stivt nok.Avstanden mellom syringssystemene og disken vil i eksisterende løsning føre til unødvendig storebelastninger på styringssystemet. Det ble derfor generert nye konsepter som vil flytte diskennærmere underliggende rotasjonsakser og dermed reduserer treghetsmomentene. Konseptene somble generert ledet til valg av en løsning som videre ble modellert og testet.

Arbeidet og resultatene oppnådd etter testing er vurdert opp mot kravspesifisert trakkingnøyaktighet på ±0,04° samt hva som er produksjonsteknisk og økonomisk oppnåelig.

Speilet på denne versjonen av antennen skal være på 3.0m i diameter. For testing av løsningene hardet vært tatt utgangspunkt i tidligere CFD-analyse for speil på 3.8m i diameter og skalert med hensyntil areal.

Konseptene og løsningene presentert i denne rapporten er ikke ment for å væreproduksjonsgrunnlag, men søker å forklare hvordan konseptene kan benyttes og gir et utgangspunktfor dimensjonering når eventuelle prototyper skal bygges.

Punkt 4 i oppgaven omhandler implementering av reguleringssystem og optimalisering av giringen istyringssystemene. Dette punktet ble, med enighet fra veileder, ikke utført. Det ble bestemt attilgjengelig tid var best benyttet for testing og videreutvikling av pedestal- og adapterløsningene -disse komponentene kan like så godt testes og evalueres uten reguleringssystem. I eventuelt viderearbeid med oppgaven burde reguleringssystemet implementeres slik at antennekonstruksjonensstivhet og tilhørende nøyaktighet kan vurderes helhetlig.

The main purpose of this thesis is to take starting point in an existing version of the antenna designand develop it further according to the customer’s needs. The customer and the contact person inthe industry throughout the work in this thesis has been Dag Kjetil Sjaaeng from Kongsberg Spacetecin Tromsø.

Two of the antennas components were selected for concept evaluation in cooperation with thecustomer; the pedestal and the disk adapter, as they have potential for improvement compared toexisting solutions. A concept generation and evaluation lead to selection of the most promisingconcepts. These concepts were then modeled in NX7 and simulated / tested in Fedem.

The assembly process for the pedestal can be simplified. This means either changing thecharacteristics of the supports, or removing the supports completely. The pedestal was thereforetested with and without the support and further a new version of the pedestal was designed. Testingof the new design shows that it is possible to maintain relatively good stiffness even though thesupports are removed from the solution.

There is a need for a new concept for the disk adapter that builds less while good stiffness ismaintained. The distance between the axis of rotation and the antenna disk centre is in the existingsolution causing unnecessarily large loads on the control systems. It was therefore generated newconcepts that will move the disk centre closer to the underlying rotation axes and thereby reducesthe moment of inertia. The concepts generated led to the selection of a solution that were modeledand tested.

The work and results achieved after testing is evaluated against the specified tracking accuracy of ±0.04° and what is achievable production technically and economically. The antenna disk on thisversion is 3.0 meters in diameter. The wind loads used for testing of new solutions are estimatedfrom a CFD analysis done for a 3.8 meter in diameter disk by scaling with respect to the area.

The concepts and solutions presented in this report is not intended to be ready for production, butseeks to explain how the concepts can be used and provides a basis for design when prototypes maybe built.

Task 4 of the thesis deals with implementation of the control system and optimizing of thegearing. This point was, with agreement from the supervisor, not performed. It was decided that thetime was better spent working with the pedestal and adapter solutions - these components can bejust as well tested and evaluated without the control system implemented in the model. Furtherwork on the tasks in this thesis should be to implement the control system and the complete antennadesign accuracy should be tested.